单回路控制器的设计
学院：电子工程学院
年级：2012级
专业：自动化
姓名：、
学号：20125229
指导教师：
摘要
介绍了以89C51单片机实现的单回路智能控制器的设计思想，由于软件功能丰富，因此这可完成模拟仪表难以或无法完成的复杂调节功能，运算功能的显示功能，它可适用于工业过程中控制诸多领域。并且分析了51单片机与8255的连接方法，可以用它制成多路扩展的IO口控制器。该系统将单片机应用到单回路控制系统，实现一个比较简单的单回路PID控制。
。
关键词
单片机单回路智能控制器软件设计 IO扩展 PID控制
目录
摘要 (2)
第1章前言 (1)
1.1当前单片机系统的介绍及在单回路控制过程中的应用与前景错误！未定义书签
第2章单片机外部设备扩展 (2)
2.1单片机最小系统设计 (2)
2.1.1 单片机外部存储器的扩展 (2)
2.12 看门狗电路、复位电路的设计 (2)
2.2I/O接口的扩展 (3)
2.2.1.1 I/O扩展概述 (3)
2.2.2 89c51与可编程RAM/IO芯片8255的接口 (4)
2.3键盘的设计 (4)
2.4 LED显示器设计 (5)
2.5 数字量模拟量转换 (5)
2.5.1 信号采样及转换电路设计 (7)
2.6开关量的输入输设计 (8)
2.7 单片机串行口扩展设计。（MAX232与单片机接口设计） (10)
结论 (11)
参考文献 (12)
致谢 (12)
第1章前言
1．1单回路控制系统的介绍及单片机在单回路控制系统中的应用及前景
89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器， VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
结构特点
8位CPU片内振荡器和时钟电路；32根I/O线；外部存贮器寻址范围ROM、RAM64K；2个16位的定时器/计数器；5个中断源，两个中断优先级；全双工串行口；布尔处理器。
第2章单片机外部设备扩展
2．1单片机最小系统设计
2. 11 单片机外部存储器
在由单片机构成的微型计算机系统中,由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场的干扰,造成程序的跑飞,而陷入死循环,程序的正常运行被打断,由单片机控制的系统无法继续工作,会造成整个系统的陷入停滞状态,发生不可预料的后果,所以出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑,便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的芯片,俗称"看门狗".看门狗电路电路的应用,使单片机可以在无人状态下实现连续工作,其工作原理是:看门狗芯片和单片机的一个I/O引脚相连,该I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平(或低电平),这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的，一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段不进入死循环状态时,写看门狗引脚的程序便不能被执行,这个时候,看门狗电路就会由于得不到单片机送来的信号,便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号,使单片机发生复位,即程序从程序存储器的起始位置开始执行,这样便实现了单片机的自动复位.
2.1.2单片机看门狗、复位电路的设计
SP706REN芯片应用于看门狗复位电路中，可以实现电源模块在受到死机的情况下而自动发出复位脉冲，从而使电源电路可以在无人状态下实现连续工作。由SP706REN等芯片构成的电源看门狗复位电路模块实现的电源电路复位功能，/MR脚/WDO脚之通过NPN8050相连，基极连接外电路，当主控板需要下载程序时，外部通过三极管/MR、/WDO
脚相连通，致使看门狗电路失效，使之不产生复位脉冲，以免对下载程序时对电路产生干扰。VCC脚为看门狗电路芯片的VDD5V输入电压，电源失效检测功能未被用到，因此PFI管脚直接连到GND。看门狗电路一般有一个输入叫喂狗，一个输出到MCU的REST端，MCU正常工作时候，每隔一段时间输出一个信号到喂狗端，给WDI清零，如果超过规定时间不喂狗，WDI定时超过，就会给出一个复位信号到MCU，使MCU复位。由3HL4、3R23、3R35串联而成介入3.3V的电路中，两电阻之间接WDI脚。
2．2 I/O接口的扩展
2.2.1.1 I/O扩展概述
I/O (输入/输出)接口是MCS-51与外设交换数字信息的桥梁。I/O扩展也属于系统
扩展的一部分。真正用作I/O口线的只有P1口的8
位I/O线和P3口的某些位线。在
多数应用系统中，MCS-51单片机都需要外扩I/O 接口电路。
图1-1 单片机扩展芯片2.2.1.2 I/O接口的功能
A11
21
A10
19
A9
22
A8
23
A7
1
A6
2
A5
3
A4
4
A3
5
A2
6
A1
7
A0
8
O7
17
O6
16
O5
15
O4
14
O3
13
O2
11
O1
10
O0
9
OE/Vp p
20
V
C
C
2
4
G
N
D
1
2
C
E
1
8
C6
2732
I/O接口电路应满足以下要求：
1.实现和不同外设的速度匹配大多数的外设的速度很慢，无法和μs量级的单片机速度相比。单片机只有在确认外设已为数据传送做好准备的前提下才能进行I/O操作。想知道外设是否准备好，需I/O接口电路与外设之间传送状态信息。
2. 输出数据锁存由于单片机工作速度快，数据在数据总线上保留的时间十分短暂，无法满足慢速外设的数据接收。I/O电路应具有数据锁存器，以保证接收设备接收。
3. 输入数据三态缓冲输入设备向单片机输入数据时，但数据总线上面可能“挂”有多个数据源，为不发生冲突，只允许当前正在进行数据传送的数据源使用数据总线，其余的应处于隔离状态。
2.2.2 89c51与可编程RAM/IO芯片8255H的接口
89C51 与8255 连接控制线就两根(CS线归到地址里去了) :即RD和WR ,可直接相连接。多个8255 的RD , WR并接后接89C51 RD , WR。值得注意的是,程序中必须采用MOVX 指令,才能使RD , WR这两根线上的电平发生变化,产生读、写控制功能。
其特点: (1) CPU 采用了89C51 芯片,利用了其内部的4KE2PROM 程序存储器, 省掉了8031 所必须的地址锁存器芯片(74LS373) ;
(2) 利用89C51 P1 口与两个8255 数据总线连接,不存在地址与数据混同;
(3) 利用89C51 P2 口的引脚P210 和P211 与8255 地址线A0 、A1 相连, 8255 两片选线( CS) 接P212 和P213 ,通过软件轮流使P212 和P213 为低电平,达到片选的目的;
(4) 读、写控制线与8255 直接相连,在软件中只要使用MOVX 指令,即可使其发生变化.
2.3键盘的设计
51单片机也可以用扩展I/O的独立式按键接口电路，可以采用8255扩展I/O口，把按键当做外部RAM某一工作单元的位来对待，通过读片外RAM的方法，识别按键的工作状态。各按键开关均采用了上拉电阻，这是为了保证在按键断开时，各I/O口线有确定的高电平。在本设计中1×4矩阵键盘通过8255A扩展I/O口与89c51的接口相连，
键盘采用编程扫描方式工作，8255的PC口低四位输出逐行扫描信号，均为低电平有效。8255的A0，A1端分别接于地址线A0、A1上，CS#片选与p2.7相连，WR#、RD#分别与单片机的WR#和RD#相连。
2.4 LCD显示器设计
液晶显示器（LCD）具有功耗低、体积小、重量轻等许多其它显示器无法比拟的优点，YM12864是一种图形点阵液晶显示器，它主要采用动态驱动原理由行驱动一控制器和列驱动器两部分组成了128（列）×64（行）的全点阵液晶显示。与CPU接口采用5条位控制总线和8位并行数据总线输入输出，内部有显示数据锁存器，自带上电复位电路。
12864A与89C51单片机接口电路如图所示。该图采用直接访问方式，单片机P0口直接与液晶显示模块的数据口相接，P2.0控制RS寄存器选择，P2.1口用于控制R/W
读写选择，P2.2与P2.3分别控制液晶左右半屏选择；E信号由89c51对12864A图形液晶显示器模块的电路连接。电路图中LCD电源控制端VLCD是用来调节显示屏灰度的，调节该端的电压，可改变显示屏字符、图形的颜色深浅。显示开/关触发器的作用就是控制显示驱动输出的电平以控制显示屏的开关，在触发器输出全部为非选择波形，显示屏呈不显示状态，在触发器输出为“开”电平时，显示数据所锁存器被控制，显示驱动输出受显示驱动数据总线上数据控制，显示屏呈显示状态。
2.5数字量与模拟量转换
2. 5.1 模拟量输入通道的设计
DAC0832芯片是具有两个输入数据寄存器的8位DAC，它能直接与51单片机相连接，WR2：写信号2，低电平有效。 IOUT1、IOUT2：DAC电流输出端。 Rfb：是集成在片内的外接运放的反馈电阻。 Vref：基准电压（-10~10V）。 Vcc：是源电压（+5~+15V）。AGND：模拟地 NGND：数字地，可与AGND接在一起使用。 DAC0832输出的是电流，一般要求输出是电压，所以还必须经过一个外接的运算放大器转换成电压。IN0~IN7：8路模拟信号输入端。
A1、A2、A0 ：地址输入端。ALE地址锁存允许输入信号，在此脚施加正脉冲，上升沿有效，此时锁存地址码，从而选通相应的模拟信号通道，以便进行A/D转换。START：启动信号输入端，应在此脚施加正脉冲，当上升沿到达时，内部逐次逼近寄存器复位，在下降沿到达后，开始A/D转换过程。
EOC：转换结束输出信号（转换接受标志），高电平有效。
OE：输入允许信号，高电平有效。
CLOCK(CP)：时钟信号输入端，外接时钟频率一般为640kHz。
Vcc：+5V单电源供电。、
Vref(+),Vref(-)：基准电压的正极、负极。一般Vref(+)接+5V电源，Vref(-)接地。D7~D0：数字信号输出端。由A2、A1、A0三地址输入端选通8路模拟信号中的任何一路进行A/D转换。
D/A转换器是接收数字量，输出一个与数字量相对应的电流或电压信号的模拟量接口。D/A转换器被广泛用于计算机函数发生器、计算机图形显示以及与A/D转换器相配合的控制系统等。
D/A转换原理
数字量的值是由每一位的数字权叠加而得的。 D/A转换器品种繁多，有权电阻DAC、变形权电阻DAC、T型电阻DAC、电容型DAC和权电流DAC等。为了掌握数/模转换原理，必须先了解运算放大器和电阻译码网络的工作原理和特点。
1. 运算放大器
运算放大器有三个特点：
⑴开环放大倍数非常高，一般为几千，甚至可高达10万。在正常情况下，运算放大器所需要的输入电压非常小。
⑵输入阻抗非常大。运算放大器工作时，输入端相当于一个很小的电压加在一个很大的输入阻抗上，所需要的输入电流也极小。
⑶输出阻抗很小，所以，它的驱动能力非常大。 2.由电阻网络和运算放大器构成的D/A 转换器
利用运算放大器各输入电流相加的原理，由电阻网络和运算放大器组成的、最简单的4位D/A转换器。图中，V0是一个有足够精度的标准电源。运算放大器输入端的各支路对应待转换资料的D0，D1，…，Dn-1位。各输入支路中的开关由对应的数字元值控制，如果数字元为1，则对应的开关闭合；如果数字为0，则对应的开关断开。各输入支路
中的电阻分别为R ，2R ，4R ，…这些电阻称为权电阻。
假设，输入端有4条支路。4条支路的开关从全部断开到全部闭合，运算放大器可以得到16种不同的电流输入。这就是说，通过电阻网络，可以把0000B~1111B 转换成大小不等的电流，从而可以在运算放大器的输出端得到相应大小不同的电压。如果数字0000B 每次增1，一直变化到1111B ，那么，在输出端就可得到一个0~V0电压幅度的阶梯波形。
图1-2 八路模拟开关CD4051与输入信号滤波电路设计
2.5.2 信号采样及转换电路设计
8051 单片机与AD574A 的接口电路，其中还使用了三态锁存器74LS373 和74LS00 与非门电路，逻辑控制信号由8051 的数据口P0 发出，并由三态锁存器74LS373 锁存到输出端Q0、Q1 和Q2 上，用于控制AD574A 的工作过程。AD 转换器的数据输出也通过P0 数据总线连至8051，由于我们只使用了8 位数据口，12 位数据分两次读进8051，所以接地。当8051 的p3.0 查询到STS 端转换结束信号后，先将转换后的12 位A/D 数据的高8 位读进8051，然后再将低4 位读进8051。这里不管AD574A 是处在启动、转换和输出结果，使能端CE 都必须为1，因此将8051 的写控制线和读控制线通过与非门74LS00 与AD574A 的使能端CE 相连。
X013X114X215X312X41X55X62X74INH 6A 11B 10C 9
VEE 7
X
3
U2
4051
12
11
9
2
6
5
4
3
1
AD582
10K
1000P
C7CAP
IM
1K ADIN0
C8CAP
1M
1K
ADIN1
A B C
图1-3 12位AD 转换器AD574
2.6开关量的输入输出
开关量输入输出通道的一般结构形式 开关量输入输出通道一般由三部分组成： CPU 接口逻辑、 输入缓冲器和输出锁存器、输入输出电气接口(亦即开关量输入 信号调理和输出信号驱动电路)。 一般情况下，各种开关量输 入输出通道的前两部分往往大同小异，所不同的主要在于输入 输出(I ／O)电气接口。输入缓冲器和输出锁存器 输入缓冲器是对外部输入的信号起缓冲、加强以及选通的 作用，CPU 通过读缓冲器读入数据。输出锁存器的作用是锁存CPU 送来的输出数据，使用简单的中小规模集成电路，74LS273、 74LS377供外部设备使用。
开关的模拟输入和输出
V C C
1
REF-IN 10ls b DB016DB117AN-GND
9
DB218DB319DB420BPLRo f
12
DB521DB622DB72310Vs p n 13DB824DB92520Vs p n
14
DB1026msb -1127REFo u t
8
STATUS 28CE 6CS 3+Vs 7A0/SC 4R/C 5-Vs 1112/8
2
U7
AD574A
p 00p 01p 02p 03p 04p 05p 06p 07
p 04p 05p 06p 07p 11p 12p 13p 14
VCC+5
VCC+12VCC-12
CS2STS
（1）模拟量输入通道：主要功能是将随时间连续变化的模拟输入信号经检测、变换和预处理，最终变换为数字信号送入计算机。常见的模拟量有压力、温度、液体流量和
(2) 模拟量输出通道：它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号，经功率放大后送到执行部件对生产过程或装置进行控制。
开关的数字量输入输出
(1)数字量输入通道：也称开关量输入通道。凡是以电平高低和开关通断等两位状态表示的信号统称为数字量或开关量。主要有三种形式：一种是以若干位二进制数表示的数字量，它们并行输入到计算机，如拨码盘开关输出的BCD码等；另一种是仅以一位二进制数表示的开关量，如启停信号和限位信号等；还有一种是频率信号，它是以串行形式进入计算机的，如来自转速表，涡轮流量计、感应同步器等信号。这些信号都要通过数字量输入通道进入计算机。
(2)数字量输出通道：有的执行部件只要求提供数字量，例如步进电机，控制电机启停和报警信号等，这时应采用数字量输出通道。应该注意，过程通道分类是以经过通道的信号形式来划分的，并不以连续的对象来划分，如模拟对象的模拟量可以转换为频率信号(V—F变换)连接于数字输入通道；同样，数字输出通道完全可以接直流电动机，组成脉冲调宽控制 (PWM)。
2.6.1开关量输出电路设计
TLP521是可控制的光电藕合器件，光电耦合器广泛作用在电脑终端机，可控硅系统设备，测量仪器，影印机，自动售票，家用电器，如风扇，加热器等
电路之间的信号传输，使之前端与负载完全隔离，目的在于增加安全性，减小电路干扰，减化电路设计。
TLP521－4组成的砷化镓红外发光二极管耦合到光三极管。提供了4个孤立的光耦中16引脚塑料DIP封装集电极-发射极电压： 55Ｖ（最小值）经常转移的比例： 50 ％（最小）隔离电压： 2500 Vrms （最小）。
2.7单片机串行口扩展设计。（MAX232与单片机接口设计）
2.7.1 串行口接口芯片MAX232介绍
MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v 单电源供电。MAX232是一种双组驱动器/接收器，片内含有一个电容性电压发生器以便在单5V电源供电时提供EIA/TIA-232-E电平。每个接收器将EIA/TIA-232-E电平输入转换为5V TTL/CMOS电平。这些接收器具有1.3V 的典型门限值及0.5V的典型迟滞，而且可以接收±30V的输入。每个驱动器将TTL/CMOS输入电平转换为EIA/TIA-232-E 电平。
内部结构基本可分三个部分：
第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。
第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。
TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT 输出232是电荷泵芯片，可以完成两路TTL/RS-232电平的转换，它的的9、10、11、12引脚是TTL电平端，用来连接单片机的。
MAX232获得正负电源的另一种方法在单片机控制系统中，我们时常要用到数/模（D/A）或者模/数(A/D)变换以及其它的模拟接口电路。
图1-4 电压/电流转换接口电路 AM422
结 论
单片机的各个领域有很广泛的应用，控制系统是单片机应用的重要领域之一。该系统将单片机应用到单回路控制系统，实现一个比较简单的单回路PID 控制。作为工业控制的实际系统单回路控制已比较落后，但这里只作为一个单片机的简单实际应用，所以很多扩展以及电路、芯片都比较老旧。该系统的设计已经达到预想目的。
1VCC 2RS 3OUT 4
VIN 8VREF 7GND 6VSET 5
SET
AM422
R4
R2
R3
T1
Rset
R0
C1
+12V
R21R5RL
4--20mA Out
Vin
R1
D1
参考文献
1. 施仁，刘文江，郑辑光编.自动化仪表与过程控制[M].北京：电子工业出版社2005.8.
2. 张毅刚,彭喜元编著.新编MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社2006.10
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基于PLC的锅炉温度控制系统 作者姓名xxx 专业自动化 指导教师姓名xxx 专业技术职务讲师
目录 摘要 (1) 第一章绪论 (3) 1.1课题背景及研究目的和意义 (3) 1.2国内外研究现状 (3) 1.3项目研究内容 (4) 第二章 PLC和组态软件基础 (5) 2.1可编程控制器基础 (5) 2.1.1可编程控制器的产生和应用 (5) 2.1.2可编程控制器的组成和工作原理 ··············错误！未定义书签。 2.1.3可编程控制器的分类及特点 (7) 2.2组态软件的基础 (8) 2.2.1组态的定义 (8) 2.2.2组态王软件的特点 (8) 2.2.3组态王软件仿真的基本方法 (8) 第三章 PLC控制系统的硬件设计 (9) 3.1 PLC控制系统设计的基本原则和步骤 (9) 3.1.1 PLC控制系统设计的基本原则 (9) 3.1.2 PLC控制系统设计的一般步骤 (9) 3.1.3 PLC程序设计的一般步骤 (10) 3.2 PLC的选型和硬件配置 (11) 3.2.1 PLC型号的选择 (11) 3.2.2 S7-200CPU的选择 (12) 3.2.3 EM235模拟量输入/输出模块 (12) 3.2.4 热电式传感器 (12) 3.2.5 可控硅加热装置简介 (12) 3.3 系统整体设计方案和电气连接图 (13) 3.4 PLC控制器的设计 (14) 3.4.1 控制系统数学模型的建立 (14)
3.4.2 PID控制及参数整定 (14) 第四章 PLC控制系统的软件设计 (16) 4.1 PLC程序设计的方法 (16) 4.2 编程软件STEP7--Micro/WIN 概述 (17) 4.2.1 STEP7--Micro/WIN 简单介绍 (17) 4.2.2 计算机与PLC的通信 (18) 4.3 程序设计 (18) 4.3.1程序设计思路 (18) 4.3.2 PID指令向导 (19) 4.3.3 控制程序及分析 (25) 第五章组态画面的设计 (29) 5.1组态变量的建立及设备连接 (29) 5.1.1新建项目 (29) 5.2创建组态画面 (33) 5.2.1新建主画面 (33) 5.2.2新建PID参数设定窗口 (34) 5.2.3新建数据报表 (34) 5.2.4新建实时曲线 (35) 5.2.5新建历史曲线 (35) 5.2.6新建报警窗口 (36) 第六章系统测试 (37) 6.1启动组态王 (37) 6.2实时曲线观察 (38) 6.3分析历史趋势曲线 (38) 6.4查看数据报表 (40) 6.5系统稳定性测试 (42) 结束语 (43) 参考文献 (44) 致谢 (45)
毕业设计 [论文] 题目： 系别： 专业： 姓名： 学号： 指导教师： 河南城建学院 年月日
摘要 摘要是设计（论文）内容不加注释和评论的简短陈述，应以第三人称陈述。它应具有独立性和自含性，即不阅读设计（论文）的全文，就能获得必要的信息，摘要的内容应包含与设计（论文）同等量的主要信息，供读者确定有无必要阅读全文，也供文摘等二次文献采用。 摘要一般应说明研究工作目的、实验研究方法、结果和最终结论等，而重点是结果和结论。摘要中一般不用图、表、化学结构式、计算机程序，不用非公知公用的符号、术语和非法定的计量单位。 中文摘要一般不宜超过200~400字，英文摘要是中文摘要的英文译文，英文摘要页置于中文摘要页之后，其中英语摘要单词数量不少于500个。 关键词是为了文献索引工作从论文中选取出来用以表示全文主题内容信息款项的单词或术语。一般每篇论文应选取3~5个词作为关键词，关键词间用逗号分隔，最后一个词后不打标点符号。以显著的字符另起一行排在同种语言摘要的下方。如有可能，尽量用《汉语主题词表》等词表提供的规范词。 关键词：关键词1，关键词2，关键词3，关键词4，关键词5 注：中英文摘要的页码采用罗马字符编号，目录也采用罗马字符编号，正文页码采用阿拉伯数字编号，字体均采用Time New Roman 小五。
Abstract Abstract design (thesis) content without notes and comments in a brief statement, a statement should be the third person. It should have the independence and self-contained, ie not read (thesis) the text, you can obtain the necessary information, the contents of the summary should be included with the design (thesis) the same amount of key information for readers to determine the need to read The full text of abstracts and other secondary literature is also available for use. Key words: key word1, key word2, key word3, key word4, key word5
单级倒立摆系统的极点配置与状态观测器设计 14122156 杨郁佳 （1）倒立摆的运动方程并将其线性化 选取小车的位移z ，及其速度z g 、摆的角位置θ及其角速度θg 作为状态变量，即T x z z θθ??=??? ?g g 则系统的状态空间模型为 01000100000010()1000mg M M x u M m g Ml Ml x ????????????-????=+????????+-????????????g []1000y x = 设M=2kg ，m=0.2kg ，g=9.81m/2 s ，则单级倒立摆系统的状态方程为 (1010) 01010 01020.500013030 011040.54x x x x u x x x x ??????????????????-????????=+????????????????-???????????? []12100034x x y x x ???? ??=?????? （2）状态反馈系统的极点配置。 首先，使用MATLAB ，判断系统的能控性矩阵是否为满秩。 MATLAB 程序如下：
A=[0 1 0 0; 0 0 -1 0; 0 0 0 1; 0 0 11 0]; B=[0; 0.5; 0; -0.5]; C=[1 0 0 0]; D=0; rct=rank(ctrb(A,B)) [z,p,k]=ss2zp(A,B,C,D) MATLAB程序执行结果如下： 系统能控，系统的极点为 1=0 λ 2=0 λ 3=3.3166 λ 4=-3.3166 λ 可以通过状态反馈来任意配置极点，将极点配置在 1=-3 λ* 2=-4 λ* 3=-5 λ* 4=-6 λ*
河南科技大学 2009 届本科毕业论文 论文题目：基于单片机的直流电机调速系统设计 学生姓名： 所在院系：信息工程学院 所学专业：计算机科学与技术 导师姓名： 完成时间：2009-05-22
摘要 本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外，本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。另外，本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D 转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。 关键词：PWM信号，测速发电机，PI运算 1
The Design of Direct Current Motor speed Regulation System Based On SCM Chenli School of Information and Engineering Abstract This article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using MCS-51 single-chip computer to control the speed of a D.C. motor. It also clarifies the principles of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal. In addition, IR2110 has been used as an actuating device of the power amplifier circuit which controls the speed of rotation o f D.C. motor. What’s more, tachogenerator is used in this system to measure the speed of D.C. motor. The result of the measurement is sent to A/D converter after passing the filtering circuit, and finally the feedback single is stored in the single-chip computer and participates in a PI calculation. As for the software, this article introduces in detail the idea of the programming and how to make it. Key words:PWM signal，tachogenerator，PI calculation 2
毕业设计 题目模拟交通灯 系别电气工程系 专业电气自动化技术 班级电气0801班 姓名 学号 指导教师 日期 2010年12月
设计任务书 设计题目： 模拟交通灯 设计要求： 1.用单片机组成模拟交通灯系统，设计硬件电路及相应软件。 2.在十字路口的两个方向上各设一组红绿黄灯,显示顺序为：其中一个方向是绿灯、黄灯、红灯,另一个方向是红灯、绿灯、黄灯。 3.设置一组数码管,以倒计时的方式显示允许通过或禁止通行的时间,其中左转灯、绿灯、黄灯、红灯的持续时间分别是15S、30S、3S、48S。 4.当各条路上任意一条出现特殊情况,例如消防车、救护车或其他需要优先放行的车辆时,各方向上均是红灯亮,倒计时停止,且显示数字在闪烁,当特殊运行状态结束后,控制器恢复原来状态,继续正常运行。 设计进度要求： 第一周：确定题目，查阅有关资料； 第二周：查阅资料，收集资料； 第三周：列出设计思路； 第四周：硬件电路的设计； 第五周：软件程序的设计； 第六周：软件程序的仿真与调试； 第七周：打印毕业论文； 第八周：毕业答辩 指导教师（签名）：
摘要 设计以单片机为核心部件的模拟交通灯，利用74LS244作为断码驱动器，74LS07作为位码驱动，LED七段数码管作为计时显示用，用发光二极管指示交通的通行，用按键进行紧急事件的发生，使两个方向都亮红灯，绿灯亮通行，红灯亮停止通行。 本设计利用定时器进行定时，使定时器工作于方式一定时50ms，配合软件计数器，调用中断程序使定时器定时20次，达到定时1S的目的，同时调用显示程序，显示到计时的时间，用单片机Intel89S51作为核心部件,8路74LS244总线驱动器作为字形驱动芯片和6路驱动74LS07位选码作为中心器件来设计交通灯控制器，实现了交通灯的控制，显示时间直接通过89S51的P0、P1口输出；交通灯信号通过P3口输出；本交通灯系统简单，实用性强，成本低，使用维护方便，软件功能强，运行稳定可靠等优点。 关键词：单片机，交通灯，位码，段码，显示
某省道兴化至泰州段建设工程设计 摘要：本设计为某省道兴化至泰州段建设工程设计，包括方案、路线、路基路面、排水系统以及沿线主要配套设施的设计。本工程设计速度为80km/h，本次设计包括道路平面设计, 道路纵断面设计, 道路横断面设计,路基设计，沥青路面设计，路基路面排水设计，桥涵及附属构造物设计等。 本设计的路线，纵断面设计共设3个边坡点，最大坡度为0.818％，最小坡度为0.33％。竖曲线半径分别有25000m，15000m，20000m（自己改）。路基宽度为26m，行车道宽度为3.75m，土路肩0.75m，硬路肩3m，中央分隔带3.5m。路面结构中，面层采用沥青混凝土（13cm），其中表面层采用细粒式密级配沥青混土（厚度3cm），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚度4cm），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（厚度6cm）；基层采用石灰土（厚度为45cm）；底基层采用碎石灰土（厚度为25cm）。本路段设计桥涵2座桥，结合桥头地质情况综合考虑灌溉、排涝及地方出行的要求进行桥跨布置。 关键词:工程设计纵断面横断面路基设计沥青路面设计桥涵及附属构造物设计
Abstract:The design, construction and engineering design, including the design of programs, routes, subgrade and pavement, drainage systems, as well as along the main supporting facilities of the province Road Xinghua, Taizhou segment. This engineering design speed of 80km / h, this design includes the road graphic design, road vertical alignment design, road cross-sectional design, the design of embankment, asphalt pavement design, subgrade and pavement drainage design, bridge and subsidiary structures design. This design, too, Profile Design, 3 slope, the maximum gradient of 0.818%, the minimum slope of 0.33%. V ertical curve radius of 25000m, 15000m, 20000m (change). Roadbed width of 26m, the carriageway width of 3.75m, 0.75m soil shoulder hard shoulder 3m, the central median of 3.5m. Pavement structure, the surface layer of asphalt concrete (13cm), the surface layer is fine-grained type dense-graded asphalt mix soil (thickness 3cm) in the surface layer in grain-type dense-graded asphalt concrete (thickness 4cm), the following layer of coarse grain type dense-graded asphalt concrete (thickness 6cm); primary calcareous soil (thickness 45cm); sub-base gravel dust (thickness 25cm). The design of the sections of bridges and culverts 2 bridge, combined with the the bridgehead geological conditions considering the travel requirements of irrigation, drainage and local bridge span arrangement. Keywords:engineering design longitudinal cross-sectional roadbed design asphalt pavement design bridges and culverts and ancillary structures design
温度测控仪设计 学生：XXX 指导教师：XXX 容摘要：本文主要介绍了智能温度测量仪的设计，包括硬件和软件的设计。先对该测量仪进行概括性介绍，然后介绍该测量仪在硬件设计上的主要器件：“Pt100热电阻”、AT89C51单片机和LCD显示器以及描述测量仪的总体结构原理。在本设计中，是以铂电阻PT100作为温度传感器，采用恒流测温的方法，通过单片机进行控制，用放大器、A/D 转换器进行温度信号的采集。总体来说，该设计是切实可行的。 关键词：温度 Pt100热电阻 AT89C51单片机 LCD显示器
Design of and control instrument Abstract: This paper describes the design of the intelligent temperature measuring instrument, including hardware and software design. Be the first general description of the measuring instrument, and then describes the hardware design of the measuring instrument's main device: "Pt100 thermal resistance", AT89C51 microcontroller and LCD display, and describe the principle of measuring the overall structure. In this design, as is the PT100 platinum resistance temperature sensor, temperature measurement using constant current method, through the microcontroller to control, amplifier, A/D converter for temperature signal acquisition. Overall, the design is feasible. Keywords:temperature Pt100 thermal resistance AT89C51 microcontroller LCD monitor .
关于电机的毕业设计 【篇一：电机设计毕业论文】 目录 摘 要 ....................................................................................................... .. (1) abstract ............................................................................................. . (1) 第一章中小型电机设计概 述 ....................................................................................................... . (2) 1.1设计技术要 求 ....................................................................................................... .. (2) 1.2电机主要尺 寸 ....................................................................................................... .. (2) 1.3 绕组构及成原 理 ....................................................................................................... (4) 1.4主磁 路 ....................................................................................................... .. (4) 1.5电 抗 ....................................................................................................... (6) 1.6损耗与效 率 ....................................................................................................... (7) 1.7通风散 热 ....................................................................................................... . (7) 第二章三相异步电动机设计（y180l- 6/15kw） (9)
《单片机微机原理及应用》 题目：模拟交通灯的设计 专业：测控技术与仪器 班级： 姓名： 姓名： 姓名： 姓名： 指导老师: 2015年1月10日
目录 1、设计任务 (3) 2、模拟交通灯控制系统工作原理 (4) 2.1 模拟交通灯控制系统的工作原理 (4) 3、设计基本要求和步骤 (5) 3.1 基本要求 (5) 3.2 设计思路 (5) 3.2 设计步骤 (5) 4、硬件和软件设计 (7) 4.1 交通灯控制系统硬件框图 (7) 4.2 硬件电路图 (9) 4.3 程序流程图 (10) 5、心得体会 (13) 6、附录 (14) 5.1 汇编语言源程序 (14) 5.2 模拟交通灯仿真效果图 (18)
1、设计任务：模拟交通灯的设计 1.1、模拟交通灯控制系统的总体方案设计 本设计研究的是基于AT89C51单片机的交通灯智能控制系统的设计原理及阐述。主控系统采用AT89C51单片机作为控制器，控制通行倒计时及直行、行人的通行，占用端口少，耗电也最小。系统电源采用独立的+5V稳压电源，有各种成熟电路可供选用，使此方案可靠稳定。该设计精简并优化了电路。结合实际情况，显示界面采用点阵LED数码管动态扫描的方法，满足了倒计时的时间显示输出和状态灯提示信息输出的要求，减少系统的复杂度。
2、交通灯控制系统工作原理 2.1、交通灯控制系统工作原理 本系统运用单片机对交通灯控制系统实施控制，通过直接控制信号灯的状态变化，指挥交通的具体运行，运用了LED数码管显示倒计时以提醒行驶者，更添加了盲人提示音电路，方便视力障碍群体通行，更具人性化。在此基础上，加入了特种车辆自动通行控制模块和车流量检测电路为系统采集数据，经单片机进行具体处理，及时调整通行方向。由此，本设计系统以单片机为控制核心，构成最小系统，根据特种车辆自动通行控制模块、车辆检测模块和按键设置模块等产生输入，由信号灯状态模块，LED倒计时模块输出。系统进入工作状态，LED数码管实时显示数据倒计时，执行交通灯状态显示控制，在此过程中若有控制信号和实时车流量检测信号，可对异常状态进行实时控制，随时调用中断，达到修正通行时间满足不同时间不同路况的需求。
交通工程毕业论文 Revised by Chen Zhen in 2021
继续教育学院 毕业论文 题目：江西吉安地区某二级公路的设计 学生姓名：袁隆寒 考籍号： 班级：海南自考 专业：交通土建 指导老师： 2014年6月
（江西吉安地区某二级公路的设计）学生姓名：袁隆寒 考籍号： 站点：指导教师： 完成日期：
摘要 本设计主要完成了江西吉安地区某二级公路的设计。根据给定的材料，以及结合当地的自然和经济情况，进行了纸上选线等设计。该设计主要以路线为主，并兼顾了其他方面。路线部分首先根据设计交通量确定了公路的等级，公路等级确定主要技术标准并进行路线平面设计，对路线进行了局部比选；考虑填挖平衡及最小填土高度进行了纵断面设计；对局部进行了横断面设计，绘出路基横断面图，对路基进行加宽和超高计算，编制路基设计表，进行土石方计算及调配；为保证路基处于干燥的稳定状态，对路基路面进行了排水设施设计；对涵洞尺寸标高进行了初步拟定，并对路基工程进行了局部土石方分项预算。 关键词：路线路面路基防护分项预算
Abstract The main Summary of this design had completed a two highway design in a certain area of Ji'an in Jiangxi. The main task of the design is primarily of routes, and to take into account the other aspects. The line design is determined according to the Highway grading standards to have the main technical and graphic design for the road on the route having comparing with the local. Considering filling dug balance and minimum height of filling, the profile design is drawn. Make a design for the cross-sectional, then draw cross-sectional map. After have calculation of roadbed for widening and elevation, drafting the questionnaire design, earthwork calculations and deployment; To ensure road embankment in the stability of dry, it make road drainage facilities design; Elevation culvert size of the initial formulation, and have embankment works at the project budget. Keywords： Route；Pavement；Subgrade；Protection；Budget breakdown
一级倒立摆的系统分析 一、倒立摆系统的模型建立 如图1-1所示为一级倒立摆的物理模型 图1-1 一级倒立摆物理模型 对于上图的物理模型我们做以下假设： M：小车质量 m：摆杆质量 b：小车摩擦系数 l：摆杆转动轴心到杆质心的长度 I：摆杆惯量 F：加在小车上的力 x：小车位置 ?：摆杆与垂直向上方向的夹角 θ：摆杆与垂直向下方向的夹角（考虑到摆杆初始位置为竖直向下）图1-2是系统中小车和摆杆的受力分析图。其中，N和P为小车与摆
杆相互作用力的水平和垂直方向的分量。注意：实际倒立摆系统中的检测和执行装置的正负方向已经完全确定，因而矢量方向定义如图所示，图示方向为矢量正方向。 图1-2 小车及摆杆受力分析 分析小车水平方向受力，可以得到以下方程： M x?＝Ｆ-ｂx?-Ｎ (1-1) 由摆杆水平方向的受力进行分析可以得到以下方程： N =m d 2dt (x +l sin θ) (1-2) 即： N =mx?+mlθcos θ?mlθ2sin θ (1-3) 将这个等式代入式（1-1）中，可以得到系统的第一个运动方程： (M +m )x?+bx?+mlθcos θ?mlθ2sin θ=F (1-4) 为推出系统的第二个运动方程，我们对摆杆垂直方向上的合力进行分析，可以得出以下方程： P ?mg =m d 2dt 2 (l cos θ) (1-5) P ?mg =? mlθsin θ?mlθ2cos θ (1-6) 利用力矩平衡方程可以有：
?Pl sinθ?Nl cosθ=Iθ (1-7) 注意：此方程中的力矩方向，由于θ=π+?，cos?=?cosθ，sin?=?sinθ，所以等式前面含有负号。 合并两个方程，约去P和N可以得到第二个运动方程： (I+ml2)θ+mgl sinθ=?mlx?cosθ (1-8) 设θ=π+?，假设?与1（单位是弧度）相比很小，即?＜＜1，则 可以进行近似处理：cosθ=?1，sinθ=??，（dθ dt ） 2 =0。用u来 代表被控对象的输入力F，线性化后的两个运动方程如下： {(I+ml2)??mgl?=mlx? (M+m)x?+bx??ml?=u (1-9) 假设初始条件为0，则对式（1-9）进行拉普拉斯变换，可以得到： {(I+ml2)Φ(s)s2?mglΦ(s)=mlX(s)s2 (M+m)X(s)s2+bX(s)s?mlΦ(s)s2=U(s) (1-10) 由于输出为角度?，求解方程组的第一个方程，可以得到： X(s)=[(I+ml2) ml ?g s ]Φ(s) (1-11) 或改写为：Φ(s) X(s)=mls2 (I+ml2)s2?mgl (1-12) 如果令v=x?,则有：Φ(s) V（s）=ml (I+ml2)s2?mgl (1-13) 如果将上式代入方程组的第二个方程，可以得到： (M+m)[(I+ml2) ml ?g s ]Φ(s)s2+b[(I+ml2) ml +g s ]Φ(s)s?mlΦ(s)s2= U(s) (1-14) 整理后可得传递函数： Φ(s) U(s)= ml q s2 s4+b(I+ml 2) q s3?(M+m)mgl q s2?bmgl q s (1-15)
摘要 在日常生活及工农业生产中，对温度的检测及控制时常显得极其重要。因此，对数字显示温度计的设计有着实际意义和广泛的应用。本文介绍一种利用单片机实现对温度只能控制及显示方案。本毕业设计主要研究的是对高精度的数字温度计的设计，继而实现对对象的测温。测温系数主要包括供电电源，数字温度传感器的数据采集电路，LED显示电路，蜂鸣报警电路，继电器控制，按键电路，单片机主板电路。高精度数字温度计的测温过程，由数字温度传感器采集所测对象的温度，并将温度传输到单片机，最终由液晶显示器显示温度值。该数字温度计测温范围在-55℃~+125℃，精度误差在±0.5℃以内，然后通过LED数码管直接显示出温度值。数字温度计完全可代替传统的水银温度计，可以在家庭以及工业中都可以应用，实用价值很高。 关键词：单片机：ds18b20：LED显示：数字温度. Abstract In our daily life and industrial and agricultural production, the detection and control of the temperature, the digital thermometer has practical significance and a wide range of applications .This article describes a programmer which use a microcontroller to achieve and display the right temperature by intelligent control .This programmer mainly consists by temperature control sensors, MCU, LED display modules circuit. The main aim of this thesis is to design high-precision digital thermometer and then realize the object temperature measurement. Temperature measurement system includes power supply, data acquisition circuit, buzzer alarm circuit, keypad circuit, board with a microcontroller circuit is the key to the whole system. The temperature process of high-precision digital thermometer, from collecting the temperature of the object by the digital temperature sensor and the temperature transmit ted to the microcontroller, and ultimately display temperature by the LED. The digital thermometer requires the high degree is positive 125and the low degree is negative 55, the error is less than 0.5, LED can read the number. This digital thermometer could
目录 摘要 (1) ABSTRACT (1) 第一章中小型电机设计概述 (2) 1.1设计技术要求 (2) 1.2电机主要尺寸 (2) 1.3绕组构及成原理 (4) 1.4主磁路 (4) 1.5电抗 (6) 1.6损耗与效率 (7) 1.7通风散热 (7) 第二章三相异步电动机设计（Y180L-6/15KW） (9) 2.1电机主要尺寸及绕组设计 (9) 2.2电磁计算步骤与程序 (9) 第三章电机优化设计方案 (28) 3.1相关理论分析 (28) 3.2电磁调整方案 (28) 第四章 AUTOCAD简介及其绘图 (30) 4.1A UTO CAD简介 (30) 4.2A UTO CAD的基本功能 (30) 4.3A UTO CAD绘图 (31) 总结 (32) 参考文献： (32) 附录（Ⅰ）外文资料原文及译文 (34) 附录（Ⅱ）三设计方案结果 (39)
三相鼠笼式异步电动机设计（Y180L-6 ／15kW）专业：电气工程极其自动化学号：02131107 学生姓名：刘常洲指导老师：肖倩华 摘要 异步电机是工农业生产中应用最广泛的电机。其性能的提高具有重要意义。在文章中简要介绍了异步电机设计的基础知识，阐述了中小型电机的设计方法与步骤，介绍了电磁设计的步骤与计算程序，也述及电机的优化设计。 电磁设计是根据设计技术要求确定电机的电磁负荷，计算转子、定子冲片和铁心各部分尺寸及绕组数据，进而核算电机各项参数及性能，并对设计数据做必要的调整，直到达到设计要求。本文也简单介绍了AutoCAD 绘图的基础知识。 关键词：异步电机电磁计算 The design of the Three-phase squirrel cage induction motor （Y180L-6 ／15kW） Abstract The induction motor is the most widespread electrical machinery in the industry and agriculture production . Its performance enhancement has the vital significance. In this article , the elementary knowledge of the induction motor designs is Briefly introduced, the method and the step of the middle and small scale electrical machinery design is also elaborated, the electromagnetism design step and the design computational procedure is introduced, the optimized design of the electrical machinery is also mentioned. The electromagnetism design is according to the specification of designs to determine the electromagnetism load, calculates each part of sizes of the rotor、 the stator piece and iron core and the winding data, then calculates each parameter and the performance of the electrical machinery, and to make the essential adjustment to the designs data, until meets the design requirements. AutoCAD cartography elementary knowledge is also simply introduced in this article. Keywords：induction motor electromagnetism computation
淮连一级公路L1标段 第一章 公路路线设计 1.1 公路几何指标的计算、确定与复核 1.1.1 交通量计算 已知资料（交通量年增长率为8%）见表1-1。 原始交通量 表1-1 小客车 解放 CA10B 黄河 JN 150 交通 SH 361 太脱 138 吉尔 130 尼桑 CK 10G J2 1980 360 300 180 192 380 300 根据《公路工程技术标准》（JTG B01-2003），各汽车换算系数见表1-2。 各汽车代表车型与换算系数 表1-2 设计车辆 载重（t ） 折算系数 折算后交通量 说明 小客车 1.0 1980 ≦19座的客车和载重量≦2t 的折算系 数 1.0 〉19座的客车和载重量〉2t 的折算系 数 1.5 载重量在7~14t 的货车的折算系数 2.0 载重量在〉14t 的货车的折算系数 3.0 解放CA10B 4 1.5 540 黄河JN 150 8.26 2.0 600 交通SH 361 15 3.0 540 太脱拉138 12 2.0 384 吉尔 130 4 1.5 570 尼桑CK10G 6.665 1.5 450 初始年交通量： N0=1980+540+600+540+384+570+450=5064（辆） 远景设计年平均日交通量 21855 )08.01(5064)1(12010=+?=+=--n d N N γ(辆) 式中：n--远景设计年限，一级公路为20年。 由远景设计年平均日交通量21855辆/日，根据《标准》1.0.3规定，拟定该公路为一级公路四车道，设计车速100公里/小时。 1.1.2相关技术指标 1） 车道宽度 当设计车速为100公里/小时时，单车道宽度为3.75米。 2） 一级公路整体式断面必须设置中央带。中央带由两条左侧路缘带和中央分隔带组成，可采用《标准》一般值设计，取3.50米。 3） 路肩宽度 根据《标准》，左侧硬路肩宽度采用3.00米，土路肩宽度采用0.75米，一级公路应在右侧硬路肩宽度内设右侧路缘带，采用0.50米。 4） 一级公路的连续上坡路段，当通行能力运行安全受到影响时应设置爬坡车道，其宽度为3.50米，连续长坡下坡路段，危及运行安全处应设置避险车道。对于本设计都
单级倒立摆系统的分析与设计 小组成员：武锦张东瀛杨姣 李邦志胡友辉 一．倒立摆系统简介 倒立摆系统是一个典型的高阶次、多变量、不稳定和强耦合的非线性系统。由于它的行为与火箭飞行以及两足机器人行走有很大的相似性，因而对其研究具有重大的理论和实践意义。由于倒立摆系统本身所具有的上述特点，使它成为人们深入学习、研究和证实各种控制理论有效性的实验系统。 单级倒立摆系统（Simple Inverted Pendulum System）是一种广泛应用的物理模型，其结构和飞机着陆、火箭飞行及机器人的关节运动等有很多相似之处，因而对倒立摆系统平衡的控制方法在航空及机器人等领域有着广泛的用途，倒立摆控制理论产生的方法和技术将在半导体及精密仪器加工、机器入技术、导弹拦截控制系统、航空器对接控制技术等方面具有广阔的开发利用前景。 倒立摆仿真或实物控制实验是控制领域中用来检验某种控制理论或方法的典型方案。最初研究开始于二十世纪50年代，单级倒立摆可以看作是一个火箭模型，相比之下二阶倒立摆就复杂得多。1972年，Sturgen等采用线性模拟电路实现了对二级倒立摆的控制。目前，一级倒立摆控制的仿真或实物系统已广泛用于教学。 二．系统建模 1．单级倒立摆系统的物理模型 图1：单级倒立摆系统的物理模型
单级倒立摆系统是如下的物理模型：在惯性参考系下的光滑水平平面上，放置一个可以在平行于纸面方向左右自由移动的小车（cart ），一根刚性的摆杆（pendulum leg ）通过其末端的一个不计摩擦的固定连接点（flex Joint ）与小车相连构成一个倒立摆。倒立摆和小车共同构成了单级倒立摆系统。倒立摆可以在平行于纸面180°的范围内自由摆动。倒立摆控制系统的目的是使倒立摆在外力的摄动下摆杆仍然保持竖直向上状态。在小车静止的状态下，由于受到重力的作用，倒立摆的稳定性在摆杆受到微小的摄动时就会发生不可逆转的破坏而使倒立摆无法复位，这时必须使小车在平行于纸面的方向通过位移产生相应的加速度。依照惯性参考系下的牛顿力学原理，作用力与物体位移对时间的二阶导数存在线性关系，单级倒立摆系统是一个非线性系统。 各个参数的物理意义为： M — 小车的质量 m — 倒立摆的质量 F — 作用到小车上的水平驱动力 L — 倒立摆的长度 x — 小车的位置 θ— 某一时刻摆角 整个倒立摆系统就受到重力、驱动力和摩擦阻力的三个外力的共同作用。这里，驱动力F 是由连接小车的传动装置提供，控制倒立摆的稳定实际上就是依靠控制驱动力F 使小车在水平面上做与倒立摆运动相关的特定运动。为了简化模型以利于仿真，假设小车与导轨以及摆杆与小车铰链之间的摩擦均为0。 2．单级倒立摆系统的数学模型 令小车的水平位移为x ，运动速度为v ，加速度a 。 小车的动能为212kc E Mx =，选择特定的参考平面使得小车的势能为0。 摆杆的长度为L ，某时刻摆角为θ，在摆杆上与固定连接点距离为q （0
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